Stále v pohybe

Ak si však chcete ušetriť zbytočne vynaložený čas na skonštruovanie večného samohybu, treba si uvedomiť, že energia nevzniká a nezaniká, ale sa len premieňa z jednej formy energie na druhú.

Ešte aj v súčasnosti sa sem-tam objavia titulky v novinách ohlasujúce senzáciu: Prevrat vo fyzike! XY zostrojil perpetuum mobile! Povedzme si to však hneď na začiatku, prečo sa vedci nad takýmito titulkami usmievajú: Perpetuum mobile, akýsi večný samohyb (z latinčiny stále v pohybe), sa nikdy nepodarí zostrojiť. Fyzika nepustí, konkrétne zákony termodynamiky. Tie totiž protirečia princípu perpetua mobile, čo by mal byť stroj, ktorý by mal bez prestania vykonávať prácu bez akéhokoľvek vonkajšieho zdroja energie. Jediná dodaná energia by bol začiatočný impulz, uvádzajúci stroj do činnosti. Keďže dôsledky takéhoto stroja by boli nesmierne, v dejinách sa vždy našli, nachádzajú a aj sa budú nachádzať konštruktéri a myslitelia, ktorí sa budú pokúšať zostrojiť tento (hypotetický) vrchol strojárenského umenia.

Večný samohyb Villarda de Honnecour

Honnecourov základ

Pokusy zostrojiť perpetuum mobile siahajú hlbšie do histórie. Podľa dostupných správ sa o jeho zostavenie pokúšal už staroveký učenec Heron z Alexandrie, ale najstarší a doteraz asi najznámejší model perpetua popísal niekedy v polovici 12. storočia indický básnik Bhaskara. V 13. storočí navrhol Francúz Villard de Honnecour prvý európsky najznámejší večný samohyb. Išlo o koleso, ktoré malo na okraji pripevnené sklápacie tyčky so závažiami na koncoch. Závažia na pravej strane kolesa sa od jeho stredu nachádzali ďalej ako závažia na ľavej strane a bolo ich menej. Táto konštrukcia mala zabezpečiť, aby pravá polovica prevažovala nad ľavou, a tak sa mohlo koleso krútiť večne, teda minimálne do opotrebovania svojej osi. Problém však spočíva v tom, že keď je strana kolesa s tyčkami ďalej od osi otáčania menej zaťažená ako druhá strana, krútiaci moment je vyvážený a pohyb sa zastaví. Okrem toho nesmieme zabudnúť na vznikajúce trenie na hriadeli. Francúzova stredoveká konštrukcia sa stala základom ďalších pokusov zostrojiť perpetuum mobile. Princíp zostal rovnaký, len sklápacie tyčky nahradili guľôčky v kolese, ortuť v rúrkach či voda.

Aj slávny Leonardo

Vidine stáleho pohybu neodolal ani mladý Leonardo da Vinci a vyhotovil nákres svojho večného kolesa, dokonca ho navrhol vo viacerých variantoch. S pribúdajúcimi modifikáciami zatiaľ len akejsi hračky sa však začali objavovať aj návrhy v praxi využiteľných večných samohybov. Napríklad niekedy koncom prvej polovice 15. storočia prišiel taliansky maliar, vojenský inžinier a architekt Francesco di Giorgio Martini s návrhom recirkulačného mlyna. V roku 1670 zasa biskup z Chesteru John Wilkins, inak múdry pán a spoluzakladateľ učenej Kráľovskej spoločnosti, prišiel s návrhom vodného kolesa s čerpadlom. Dokonca švajčiarsky matematik a otec hydrodynamiky Daniel Bernoulli vymyslel v roku 1742 perpetuum na princípe dvoch kvapalín. Na tom by nebolo nič zlé, keby tento matematik a fyzik, paradoxne, neformuloval v roku 1738 základné zákony o prúdení tekutín a dôležitý vzťah používaný v hydrodynamike, ktorý je matematickým vyjadrením zákona zachovania energie v ustálenom toku kvapaliny alebo plynu (Bernoulliho rovnica). A prečo je to paradoxné? Nuž, perpetuum mobile nemôže existovať, lebo by bolo v rozpore s prvým alebo druhým termodynamickým zákonom, ako aj so zákonom o zachovaní energie.

Platné zákony

Málokto má rád definície. Sú suché, nezáživné, a navyše – treba sa ich nabifľovať. No, žiaľ, bez nich to (niekedy) nejde. Ak si však chcete ušetriť zbytočne vynaložený čas na skonštruovanie večného samohybu, treba si uvedomiť, že energia nevzniká a nezaniká, ale sa len premieňa z jednej formy energie na druhú či na iné formy energií. Tento jav, známy aj ako zákon zachovania energie, je však v priamom rozpore s ideou perpetua mobile, podľa ktorej toto hypotetické zariadenie by malo trvalo vykonávať prácu bez dodávania energie. Keby malo perpetuum mobile fungovať, muselo by poprieť aj dve termodynamické vety. Prvá veta tvrdí, že stroj nemôže vydať viac energie než prijal, druhá hovorí o tom, že nie je možné, aby sa teplo šírilo z chladnejšieho miesta na teplejšie. Inými slovami – nedá sa zostrojiť cyklicky pracujúci tepelný stroj, ktorý by len prijímal teplo z teplejšieho telesa a vykonával rovnako veľkú prácu ako toto teplo. A úplne jednoducho: tepelná energia sa nemôže samovoľne premieňať na mechanickú prácu.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 01/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

R
Foto Fotky & Foto, Wikipédia

Komentáre